重型切削是极端制造的重要组成部分,核电水室封头是其主要零部件,材料为508Ⅲ钢,作为难加工材料具有较高的强度、硬度及塑性,使加工过程中刀具承受较大循环冲击载荷,导致刀具损伤失效问题严重。同时重型加工过程具有切削参数大与加工余量不均等特点,切削力与切削热变化剧烈,加速刀具损伤发生。硬质合金作为刀具主要材料,制备过程中的初始损伤与加工过程中的损伤缺陷将在载荷作用下不断萌生与积累,随着切削时间的增加,刀具材料内部微缺陷逐渐演化形成宏观损伤裂纹,裂纹不断扩展,最终发生刀具损伤断裂。针对以上问题,进行重型切削过程中硬质合金刀具损伤行为研究。首先,主要从水室封头结构、材料以及加工技术等方面对重型切削过程中的加工特性进行分析;分别结合铣削实验与仿真对切削力与切削热进行研究;探讨重型切削过程中载荷特性对损伤的影响,为硬质合金刀具损伤行为的研究提供一定的理论依据。其次,论述损伤力学研究过程与基本理论;进行水室封头铣削加工实验,确定硬质合金刀具损伤失效主要形式;基于损伤理论与硬质合金材料属性进行刀具细微观损伤分析,明确刀具损伤形成与演化过程;并结合有限元仿真对刀具损伤失效形式进行预测分析,进而揭示刀具损伤机理,为硬质合金刀具损伤本构模型的研究起到一定的铺垫作用。再次,概述损伤本构经典模型以及损伤变量基本定理;分析硬质合金微观特性,对材料本构关系进行研究,建立刀硬质合金刀具损伤模型;进行硬质合金霍普金森压杆实验,研究材料动态特性;通过硬质合金高温拉伸实验对材料损伤特性进行讨论,从微细观角度分析温度对材料宏观影响,并采取不同参数对材料损伤变量进行表征,对完善刀具失效机理的研究具有重要意义。最后,分析影响硬质合金刀具损伤行为的主要因素;以降低损伤为目标,对刀具以及切削参数进行优化设计,从而可提高刀具寿命与生产效率,为重型高效切削提供技术支持。